DE112014004491T5

DE112014004491T5 - Gradiometrische Bohrlochtelemetrie unter Verwendung von Sendern und Empfängern mit magnetischen Dipolen

Info

Publication number: DE112014004491T5
Application number: DE112014004491.1T
Authority: DE
Inventors: Burkay Donderici; Baris Guner
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-18
Publication date: 2016-07-21
Also published as: CN105765165A; CA2921158A1; AU2014327131A1; NO20160223A1; BR112016002980B1; AR097836A1; MX2016002538A; US20160216397A1; RU2648391C2; US10241226B2; WO2015047865A1; MX370117B; GB2534704A; BR112016002980A2; CA2921158C; GB2534704B; RU2016104853A; GB201602453D0; AU2014327131B2

Abstract

Ein Telemetriesystem verwendet gradiometrische Daten, um den Abstand zwischen einem ersten und einem zweiten Bohrloch ohne jegliche Kenntnis oder Einbeziehung der Bohrloch- oder Formationseigenschaften zu bestimmen. Im Allgemeinen wird dies durch Aufstellen einer Untertagebaugruppe, die Sender und Empfänger umfasst, die magnetische Dipole aufweisen, zusammen mit Ausgleichempfängern, die zwischen den Sendern und Empfängern positioniert sind, erreicht, wobei das Gradientenfeld in einer radialen Richtung entlang der Untertagebaugruppe gemessen wird.

Description

PRIORITÄT
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/884,688 mit dem Titel „DOWNHOLE GRADIOMETRIC RANGING UTILIZING TRANSMITTERS & RECEIVERS HAVING MAGNETIC DIPOLES”, eingereicht am 30. September 2013, die ebenfalls Donderici et al. als Erfinder erwähnt und deren Offenbarung hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Bohrlochtelemetrie und genauer gesagt eine Telemetriebaugruppe, die Sender und Empfänger mit magnetischen Dipolen verwendet, die gradiometrische Daten analysieren, um den relativen Standort von mehreren Bohrlöchern zu bestimmen und zu verfolgen.
HINTERGRUND
Das genaue und effiziente Bestimmen der Position und Richtung einer Rohrleitung (z.B. einer Metallverrohrung) ist bei diversen Untertageanwendungen notwendig. Vielleicht die wichtigste dieser Anwendungen ist der Fall einer Bohrlochpfeife, wobei es darum geht, dass sich eine Entlastungsbohrung sehr genau mit der Zielbohrung kreuzt, um das Ausblasen zu stoppen. Andere wichtige Anwendungen umfassen das Bohren einer Bohrung parallel zu einer vorhandenen Bohrung bei Systemen mit dampfunterstützter Schwerkraftdrainage („SAGD”), das Vermeiden von Kollisionen mit anderen Bohrungen in einem dicht besetzten Ölfeld, wobei Löcher in unmittelbarer Nähe zueinander gebohrt werden, und das Verfolgen eines Untertagebohrungsverlaufs unter Verwendung eines Metallrohrs mit Stromzufuhr über Tage als Referenz.
Eine gewisse Anzahl von herkömmlichen Ansätzen wurde versucht, um Lösungen für dieses Problem bereitzustellen. Bei einem Verfahren wird Strom an einer Zielverrohrung induziert, indem elektromagnetische Wellen über Spulenantennen übertragen werden. Dieser induzierte Strom bewirkt wiederum, dass die Verrohrung ein sekundäres elektromagnetisches Feld ausstrahlt. Die Amplitude dieses sekundären Feldes kann verwendet werden, um den Abstand zur Zielverrohrung zu bestimmen. Da jedoch die Amplitude des Feldes stark von den Eigenschaften der Verrohrung und der Formation abhängig ist, kann es sein, dass die Genauigkeit dieses Verfahrens gering bleibt.
Bei einem anderen herkömmlichen Ansatz wird eine elektrodenartige Quelle verwendet, um Strom an der Zielverrohrung zu induzieren, um dadurch ein Magnetfeld zu generieren. Bei diesem Ansatz wird der Gradient des Magnetfeldes, das von der Zielverrohrung ausgestrahlt wird, zusätzlich zu dem Magnetfeld selber gemessen. Unter Verwendung einer Beziehung zwischen dem Magnetfeld und seinem Gradienten erfolgt eine genaue Entfernungsmessung. Da jedoch Elektroden für resistive ölhaltige Schlämme empfindlich sind, muss die Elektrode in direktem Kontakt mit der Formation positioniert werden, um den Strom einzuspeisen. Daraufhin kann es zu hohen Kontaktverlusten kommen, oder ohmsche Verluste in hochohmigen Formationen können die Reichweite des Werkzeugs reduzieren.
Entsprechend besteht in der Technik ein Bedarf an verbesserten Bohrlochtelemetrietechniken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1A und 1B ein relatives Ortungssystem gemäß gewissen erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ein Blockdiagramm von Verarbeitungsschaltungen, die bei einem relativen Ortungssystem verwendet werden, gemäß gewissen erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
3 eine vereinfachte erläuternde Ausführungsform eines relativen Ortungssystems, die verwendet wird, um eine Vorgehensweise der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben;
4 eine Empfängerkonfiguration mit magnetischen Dipolen, die nützlich ist, um tote Winkel auszuschalten, gemäß gewissen erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 eine vereinfachte Geometrie eines simulierten relativen Ortungssystems gemäß gewissen erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 eine Grafik, die den gemessenen Abstand als Funktion des tatsächlichen Abstands des Werkzeugs vom Zielobjekt darstellt, der aus Simulationen von erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielt wird;
7 den Verlauf einer Entlastungsbohrung, die gebohrt wird, um sich mit einer Bohrlochpfeife zu kreuzen, gemäß erläuternden Vorgehensweisen der vorliegenden Erfindung;
8 den berechneten Abstand von der Entlastungsbohrung bis zu einer Bohrlochpfeife gegenüber dem tatsächlichen Abstand für Gradientenmessungen in verschiedenen Richtungen, gemäß erläuternden Vorgehensweisen der vorliegenden Erfindung;
9 den Abstand zum Zielobjekt, der sich aus den vier Gradientenmessungen ergibt, die in 8 gezeigt werden;
10 den tatsächlichen Verlauf der Entlastungsbohrung gegenüber dem berechneten Verlauf für eine erläuternde Vorgehensweise einer Bohrungskreuzung der vorliegenden Offenbarung; und
11 ein Ablaufschema eines Telemetrieverfahrens, das von einem relativen Ortungssystem verwendet wird, um den Abstand zwischen einem ersten (d.h. angestrebten) und einem zweiten Bohrloch zu bestimmen, gemäß gewissen erläuternden Vorgehensweisen der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG ERLÄUTERNDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erläuternde Ausführungsformen und diesbezügliche Vorgehensweisen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend beschrieben, wie sie bei einem Telemetriesystem und Verfahren unter Verwendung von Sendern/Empfängern mit magnetischen Dipolen verwendet werden könnten, um gradiometrische Daten zu analysieren und dadurch Bohrlöcher zu bohren und/oder ihren relativen Standort zu verfolgen. Der Übersichtlichkeit halber werden in der vorliegenden Beschreibung nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Umsetzung oder Vorgehensweise beschrieben. Es versteht sich natürlich, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Ausführungsform zahlreiche umsetzungsspezifische Entscheidungen zu treffen sind, um die spezifischen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie die Übereinstimmung mit systembezogenen und unternehmensbedingten Auflagen, die von einer Umsetzung zur anderen variieren. Des Weiteren versteht es sich, dass eine derartige Entwicklungsbemühung aufwendig und zeitraubend sein könnte, jedoch für den Fachmann, der über die vorliegende Offenbarung verfügt, ein routinemäßiges Unterfangen wäre. Weitere Aspekte und Vorteile der diversen Ausführungsformen und diesbezüglichen Vorgehensweisen der Offenbarung werden aus der Betrachtung der nachstehenden Beschreibung und der Zeichnungen hervorgehen.
Wie es hier beschrieben wird, beschreiben die erläuternden Ausführungsformen und Vorgehensweisen der vorliegenden Offenbarung Telemetriesysteme, die gradiometrische Daten verwenden, um den Abstand zwischen einer ersten und einer zweiten Bohrung ohne Kenntnis oder Einbeziehung der Bohrloch- oder Formationseigenschaften zu bestimmen, wobei das Gradientenfeld in einer radialen Richtung entlang der Untertagebaugruppe gemessen wird. Im Allgemeinen kann dies durch Aufstellen einer Untertagebaugruppe erreicht werden, die Sender und Empfänger mit magnetischen Dipolen zusammen mit Ausgleichempfängern, die zwischen den Sendern und Empfängern positioniert sind, umfasst. Die magnetischen Dipole können unterschiedlich ausgebildet sein, z.B. als Spulen, Elektromagnete oder Magnetometer. Ein elektromagnetisches Feld wird durch die Sender generiert und auf die Zielverrohrung induziert, um dadurch ein sekundäres elektromagnetisches Feld entlang der Verrohrung zu erzeugen. Eine Summe dieses sekundären Magnetfeldes zusätzlich zu dem direkten Feld, das von dem Sender stammt, wird von einem Satz von Empfängern gemessen, die entlang der Achse der Untertagebaugruppe radial getrennt sind. Die Ausgleichempfänger sind konfiguriert, um eine entgegengesetzte Polarisation zu dem Hauptempfängersatz aufzuweisen, um dadurch das direkte Signal zwischen dem Sender und dem Empfänger auszuschalten. Unter Verwendung der Messungen des Magnetfeldes von verschiedenen Empfängern in einem Empfängersatz wird der Gradient des Magnetfeldes berechnet. Anschließend analysieren die Verarbeitungsschaltungen, die sich in der Untertagebaugruppe (oder an einem entfernten Standort) befinden, unter Verwendung diverser hier beschriebener Algorithmen das Gradientenfeld, um den Abstand und die Richtung zur Zielverrohrung zu bestimmen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung bei diversen Anwendungen verwendet werden kann (z.B. Drahtleitung), konzentriert sich die nachstehende Beschreibung auf Anwendungen zum genauen und zuverlässigen Positionieren eines gebohrten Lochs, der "Injektions-"Bohrung (d.h. der zweiten Bohrung), mit Bezug auf eine nahe gelegene erste Zielbohrung, gewöhnlich die Förderbohrung, so dass die Injektionsbohrung ungefähr parallel zur Förderbohrung gehalten werden kann. Die Zielbohrung muss eine höhere Leitfähigkeit als die umgebende Formation aufweisen, was durch die Verwendung eines länglichen leitfähigen Körpers entlang der Zielbohrung, wie beispielsweise eine Verrohrung, die sich bereits in den meisten Bohrlöchern befindet, um die Integrität des Bohrlochs zu bewahren, erreicht werden kann. Auch sind das Verfahren und das System der Offenbarung besonders wünschenswert für das Bohren von SAGD-Bohrungen, weil die beiden Bohrungen dicht nebeneinander gebohrt werden können, wie es die SAGD-Vorgänge verlangen. Diese und andere Anwendungen und/oder Anpassungen wird der Fachmann verstehen, der über die vorliegende Offenbarung verfügt.
1A und 1B bilden ein relatives Ortungssystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ab. Bei dieser Ausführungsform wird eine Förderbohrung 10 unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Bohrtechnik gebohrt. Anschließend wird die Förderbohrung 10 mit einer Verrohrung 11 verrohrt. Eine Injektionsbohrung 12 wird dann unter Verwendung der Bohrbaugruppe 14 gebohrt, die beispielsweise eine Baugruppe mit Aufzeichnung während des Bohrvorgangs („LWD”), eine Baugruppe mit Messung während des Bohrvorgangs („MWD”) oder eine andere gewünschte Bohrbaugruppe, die einen Bohrmeißel 23 an ihrem distalen Ende aufweist, sein kann. Obwohl die Injektionsbohrung 12 beschrieben wird, wie es anschließend gebohrt wird, können die Förderbohrung 10 und die Injektionsbohrung 12 bei anderen Ausführungsformen gleichzeitig gebohrt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Bohrbaugruppe 14 eine untere Sohlenbaugruppe, die einen oder mehrere Sender 16 mit magnetischen Dipolen und einen oder mehrere Empfänger 18 mit magnetischen Dipolen aufweist. Bei den Ausführungsformen, die zwei Sender 16 verwenden, sind die Sender in nicht parallelen Richtungen (z.B. orthogonalen Richtungen) mit Bezug zueinander derart positioniert, dass die übertragenen Felder in zwei orthogonale Richtungen entkoppelt werden können, um die Messung des Azimutwinkels der Förderbohrung 10 zu erreichen. Um den Entkopplungsprozess zu vereinfachen, können die Sender in orthogonaler Beziehung zueinander positioniert werden. Bei der folgenden Beschreibung können die Sender und Empfänger als mit Bezug zueinander orthogonal positioniert bezeichnet werden; bei alternativen Ausführungsformen können die Sender/Empfänger jedoch in anderen nicht parallelen Orientierungen mit Bezug zueinander positioniert sein. Wie in 1B gezeigt, umfasst die Bohrbaugruppe 14 die Sender 16a, b, die orthogonal positioniert sind. Somit werden bei diesem Beispiel mindestens vier Empfänger mit magnetischen Dipolen 18a bis d entlang der Bohrbaugruppe 14 positioniert, um die Gradientenmessungen vorzunehmen. Die Empfänger 18a bis d sind entlang der Bohrbaugruppe 14 radial derart getrennt, dass das Gradientenfeld gemessen werden kann. Bei diesem Beispiel werden vier Ausgleichempfänger 20 neben den Empfängern 18 positioniert, um das direkte Signal von den Sendern 16 auszuschalten.
Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, wird während eines beispielhaften Bohrvorgangs, der das relative Ortungssystem 100 verwendet, die Bohrbaugruppe 14 untertage aufgestellt, um die Injektionsbohrung 12 nach oder gleichzeitig mit dem Bohren der Förderbohrung 10 zu bohren. Um die Injektionsbohrung 12 in dem gewünschten Abstand und der gewünschten Richtung zur Förderbohrung 10 zu halten, aktiviert das relative Ortungssystem 100 die Sender 16, die ein elektrisches Feld E → erzeugen, das einen Strom entlang der Zielverrohrung 11 der Förderbohrung 10 induziert, der zu einem Magnetfeld 32 führt, das von der Zielverrohrung 11 ausgestrahlt wird. Die radial getrennten Empfänger 18 erfassen dann das Magnetfeld 32 und das dazugehörige Gradientenfeld. Lokale oder entfernte Verarbeitungsschaltungen verwenden dann die gradiometrischen Daten des empfangenen Magnetfeldes, um den Abstand und die Richtung zur Förderbohrung 10 zu bestimmen. Sobald die relative Position bestimmt wurde, generieren die Schaltungen Signale, die notwendig sind, um die Bohrbaugruppe 14 in der Richtung zu lenken, die benötigt wird, um den gewünschten Abstand und die Richtung zur Förderbohrung 10 einzuhalten.
2 ist ein Blockdiagramm von Verarbeitungsschaltungen 200, die bei einem relativen Ortungssystem verwendet werden, gemäß gewissen erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es wird eine Systemsteuerzentrale 24, welche die Betriebsvorgänge handhabt, gezeigt. Bei diesem Beispiel bestehen die Sender 16 aus zwei Spulen in orthogonalen Richtungen, um die Messung des Azimutwinkels der Förderbohrung 10 zu erreichen. Bei anderen Ausführungsformen können die Sender/Empfänger jedoch beispielsweise als Elektromagneten, Magnetometer oder diverse andere Formen, die ähnlich wie magnetische Dipole sind, ausgebildet sein. Daher können die Empfänger 18 mindestens vier Spulenantennen für die Gradientenmessungen enthalten. Das Ausschalten des direkten Signals von den Sendern 16 zu den Empfängern 18 kann unter Verwendung von Ausgleichspulen 20 erreicht werden; in anderen Fällen kann das Ausschalten des direkten Signals unter Verwendung alternativer Techniken erreicht werden, wie etwa anhand einer analytischen Berechnung zu diesem Zweck. Bei den Ausführungsformen, die Ausgleichempfänger 20 verwenden, würden die in 2 gezeigten Empfänger 18 auch Daten von den Ausgleichempfängern 20 umfassen.
Die Kommunikationseinheit 26 ermöglicht die Interaktion zwischen der Systemsteuerzentrale 24 und den Senderspulen 16 und den Empfängerspulen 18. Eine (nicht gezeigte) Visualisierungseinheit kann an die Kommunikationseinheit 26 angeschlossen werden, um die Daten zu überwachen; beispielsweise kann ein Bediener basierend auf diesen Daten in die Systemvorgänge eingreifen. Die Systemsteuerzentrale 24 interagiert auch mit einer oder mehreren Datenverarbeitungseinheiten 28 und einer oder mehreren Datenerfassungseinheiten 30. Die Datenverarbeitungseinheit 28 kann die empfangenen Daten in Informationen umsetzen, welche die Position und Richtung des Zielobjekts angeben. Anschließend können die Ergebnisse anhand der Visualisierungseinheit angezeigt werden. Die Systemsteuerzentrale 24 kann sich an der Oberfläche oder in der Bohrung befinden, wobei die verarbeiteten Daten in diesem Fall der Oberfläche mitgeteilt werden.
Wie zuvor erwähnt, kann die Bohrbaugruppe 14 bordeigene Schaltungen zusammen mit notwendigen Verarbeitungs-/ Speicher-/ Kommunikationsschaltungen umfassen, um die hier beschriebenen Berechnungen auszuführen. Bei bestimmten Ausführungsformen sind diese Schaltungen kommunikationsmäßig mit einem oder mehreren Sendern mit magnetischen Dipolen 16 gekoppelt, die verwendet werden, um elektromagnetische Felder zu generieren, und ebenso mit Empfängern mit magnetischen Dipolen 28 gekoppelt, um die empfangenen elektromagnetischen Wellen 28 zu verarbeiten. Zusätzlich können die Schaltungen an Bord der Bohrbaugruppe 14 anhand von drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindungen kommunikationsmäßig mit der Oberfläche gekoppelt sein, und dadurch Daten zurück aus dem Loch und/oder an andere Baugruppenkomponenten mitzuteilen (beispielsweise um einen Bohrmeißel zu lenken, der Teil der Baugruppe 14 ist). Bei einer alternativen Ausführungsform können sich die Schaltungen, die notwendig sind, um einen oder mehrere Aspekte der hier beschriebenen Techniken auszuführen, an einem im Verhältnis zur Bohrbaugruppe 14 entfernten Standort befinden, wie etwa an der Oberfläche oder in einem anderen Bohrloch. Beispielsweise kann sich der Sender bei bestimmten Ausführungsformen in einem anderen Loch oder an der Oberfläche befinden. Diese und andere Varianten werden für den Fachmann, der über die vorliegende Offenbarung verfügt, ohne Weiteres ersichtlich sein.
Obwohl dies in 2 nicht gezeigt wird, umfassen die bordeigenen Schaltungen mindestens einen Prozessor und einen nicht vorübergehenden und computerlesbaren Speicher, die alle anhand eines Systembusses zusammengeschaltet sind. Software-Anweisungen, die durch den Prozessor ausführbar sind, um die hier beschriebenen erläuternden Vorgehensweisen zur relativen Ortung umzusetzen, können in einer lokalen Speichervorrichtung oder auf einem anderen computerlesbaren Medium gespeichert sein. Es ist ebenfalls ersichtlich, dass die Anweisungen der Ortungs-Software auch von einer CD-ROM oder einem anderen geeigneten Speichermedium anhand von drahtgebundenen oder drahtlosen Verfahren in den Speicher geladen werden können.
Des Weiteren wird der Fachmann verstehen, dass diverse Aspekte der Offenbarung mit diversen Computersystemkonfigurationen in die Praxis umgesetzt werden können, wozu Handgeräte, Multiprozessorsysteme, mikroprozessorbasierte oder programmierbare Verbraucherelektronik, Minicomputer, Großrechner und dergleichen gehören. Eine beliebige Anzahl von Computersystemen und Computernetzwerken ist zur Verwendung mit der vorliegenden Offenbarung geeignet. Die Offenbarung kann in verteilten Computerumgebungen in die Praxis umgesetzt werden, wobei die Arbeitsschritte von Fernverarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer verteilten Computerumgebung können sich Programmmodule sowohl auf lokalen als auch auf entfernten Computerspeichermedien befinden, wozu Speichergeräte gehören. Die vorliegende Offenbarung kann daher in Verbindung mit diverser Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem umgesetzt werden.
Nachdem nun diverse Ausführungsformen beschrieben wurden, wird jetzt die Vorgehensweise beschrieben, mit der die relative Ortung bestimmt wird. 3 bildet eine vereinfachte erläuternde Ausführungsform eines relativen Ortungssystems ab, die verwendet wird, um eine Vorgehensweise der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben. Dabei werden der Übersichtlichkeit halber die Injektionsbohrung 12 und die Bohrbaugruppe 14 nicht gezeigt. Es wird jedoch ein Querschnitt einer homogenen Formation (außer der Zielbohrung 10, den Sendern 16 und den Empfängern 18) in der XZ-Ebene abgebildet. Bei diesem Beispiel erzeugt eine Sendespule 16 mit einem magnetischen Moment in Y-Richtung (d.h. eine Spule, die in der XZ-Ebene liegt) ein elektrisches Feld (E →) um dieses herum. Eine Zielbohrung 10, deren Hauptachse sich in Z-Richtung befindet, wird ebenfalls gezeigt. Bohrungen weisen im Allgemeinen längliche metallische leitfähige Körper (wie etwa Stahlverrohrungen) auf, die sie umgeben, um die Bohrungsstruktur zu verstärken und ein Einstürzen der Bohrlochwand zu verhindern. Da die Verrohrung viel leitfähiger als die Formation ist, die sie umgibt, kommt es zu einer starken Kopplung des elektrischen Feldes mit der Zielverrohrung 11.
Die Kopplung des elektrischen Feldes erzeugt einen Leitungsstrom an der Zielverrohrung 11, der dann ein Magnetfeld 32 um die Verrohrung 11 herum induzieren würde, dessen Größe über das Biot-Savart-Gesetz zu finden ist. Wenn der induzierte Strom konstant wäre, würde sich das Biot-Savart-Gesetz auf das Ampere-Gesetz reduzieren. In praktischen Situationen ist der an der Verrohrung 11 induzierte Strom nicht konstant, doch für die vorliegenden Zwecke wird vorausgesetzt, dass das Feld an einem Punkt r → gegeben wird durch:
mit geringem Verlust an Genauigkeit, wobei H das Magnetfeld ist, I_eff ein effektiver Strom ist und R der radiale Abstand von der Zielbohrung 10 zum Punkt r → ist.
Der Gradient des Magnetfeldes an der gleichen Stelle,
ist gegeben durch:
Wenn man die Verhältnisse von H →'(r →) zu
nimmt, kann der radiale Abstand zur Zielbohrung 10 folgendermaßen bestimmt werden:
Es wird nun eine erläuternde Bauform der Empfänger 18 beschrieben. Wie hier beschrieben, sind die Empfänger Ausbildungen mit magnetischen Dipolen, wie etwa Spulen, Elektromagnete usw. Bei einer Ausführungsform werden Spulenantennen, die ein magnetisches Moment in einer bestimmten Richtung aufweisen, verwendet. Daraufhin sprechen die Spulen nur auf die Komponente des Magnetfeldes in dieser Richtung an. Wenn diese Richtung mit u bezeichnet wird, kann das Magnetfeld in dieser Richtung folgendermaßen geschrieben werden:
Wenn ähnlich die beiden Empfängerspulen (mit dem gleichen magnetischen Moment) radial durch einen sehr kurzen Abstand in der Richtung v getrennt sind, ist ihr Unterschied eine sehr gute Näherung der Komponente des Gradienten des Magnetfeldes in dieser Richtung. Vorausgesetzt, u und v sind zwei der Achsen im kartesischen Koordinatensystem, kann der Gradient in der Richtung v folgendermaßen geschrieben werden:
In kartesischen Koordinaten können r ^ und ϕ ^ wie folgt geschrieben werden: r ^ = x ^cos(Φ) + y ^sin(Φ) ϕ ^ = –x ^sin(Φ) + y ^cos(Φ) Gl. (6), wobei Φ der Azimutwinkel des Empfängers 18 im Verhältnis zur Verrohrung 11 ist; d.h. der Winkel zwischen der Projektion des gemessenen Magnetfeldvektors auf die XY-Ebene des Koordinatensystems des Empfängers 18 und der Y-Achse.
Wenn die Empfängerspulen ihre magnetischen Momente in Y-Richtung aufweisen und sie in X-Richtung radial getrennt sind, wie in 3 gezeigt, kann die Gleichung 5 folgendermaßen ausgewertet werden:
woraus sich zwei Beobachtungen ergeben. Erstens ist der Gradient gleich null, wenn Φ 90° ± n × 180° (n ∈ Z), was der Fall ist, wenn das Magnetfeld keine Y-Komponente aufweist. Zweitens wenn Φ 45° ± n × 90° (n ∈ Z) ist, ist die Gradientenberechnung „geplatzt”, was eine Entfernungsberechnung für diesen Winkel verhindert.
Um tote Winkel zu verhindern, die durch die Gleichung 7 nahegelegt werden, wird in 4 eine erläuternde Empfängerbauform gezeigt, die eine Empfängerkonfiguration mit magnetischen Dipolen zeigt, die nützlich ist, um gemäß bestimmten erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung tote Winkel auszuschalten. Wie in 4 gezeigt, werden die Spulenempfänger 18 in dieser Figur zur Erläuterung als Rechtecke um den Körper einer Sohlenbaugruppe (nicht gezeigt) herum gezeigt. Die Empfänger 18 werden gemäß der Gradientenrichtung benannt. Beispielsweise kann man einen Gradienten in Y-Richtung finden, indem man den Unterschied der Felder an der radial getrennten Spule Y⁺ und der Spule Y^– findet. Diese Konfiguration ermöglicht es, eine Gradientenmessung in 45° Intervallen vorzunehmen, was eventuelle tote Winkel ausschaltet.
Weiter mit Bezug auf 4 ist ersichtlich, wie jedes Empfängerpaar (Y⁺/Y^–, X⁺/X^– usw.) in einer Richtung radial getrennt ist, die zur Achse der Sohlenbaugruppe (die Achse der Sohlenbaugruppe verläuft in Z-Richtung) quer liegt (z.B. rechtwinklig ist). Daher bleibt während der Bohrvorgänge das magnetische Moment jedes Empfängerpaars in einer Richtung quer zur Achse der Sohlenbaugruppe und der Richtung der radialen Trennung der Empfängerpaare orientiert. Dadurch kann der Gradient des Magnetfeldes 32 gemessen werden.
Wie zuvor beschrieben, werden bei gewissen Ausführungsformen Ausgleichempfänger 20 verwendet, um das direkte Signal von den Sendern 16 auszuschalten. Die Ausgleichempfänger 20 sind ebenfalls Ausbildungen mit magnetischen Dipolen, wie etwa Spulen, Elektromagnete oder Magnetometer. Die Bestimmung der Entfernung erfordert, dass das Magnetfeld auf Grund des Stroms, der an der Zielverrohrung 11 induziert wird, an einem Punkt gemessen wird, wie in Gleichung 3 angegeben. Die Empfänger 18 messen jedoch auch das direkte Signal, das von dem Sender 16 erstellt wird, was die Analyse erschwert. Um dieses direkte Signal auszuschalten, kommen mehrere Ansätze in Betracht. Ein erläuternder Ansatz besteht darin, das Feld des Senders 16 an den Empfängern 18 analytisch zu berechnen und diesen Wert von den Gradientenmessungen zu subtrahieren. Es sei zu beachten, dass dieser erläuternde Ansatz die Kenntnis der Formationseigenschaften erfordert, wie es der Fachmann, der über die vorliegende Offenbarung verfügt, verstehen wird.
Ein alternativer erläuternder Ansatz besteht darin, Ausgleichempfänger 20 zu verwenden, die in entgegengesetzter Richtung zu den Empfängern 18 gewickelt sind und sich derart befinden, dass der Imaginärteil in Luft des direkten Signals zwischen der Kombination aus Empfänger 18 und Ausgleichempfänger 20 unterdrückt wird. Obwohl in Formationen, die anders als Luft sind, diese Unterdrückung gestört wird, sind die Auswirkungen meistens gering. Um diese Auswirkungen zu zeigen, nehme man das in 5 gezeigte Beispiel. Der Einfachheit halber liegen in diesem Fall sowohl die Zielverrohrung 11 entlang der Bohrung 10 als auch die Sender 16 und die Empfänger 18 in der gleichen XZ-Ebene. Mit anderen Worten ist in Gleichung 6 Φ gleich null. Somit ist die Berücksichtigung nur der Sender 16 und der Empfänger 18 mit ihren magnetischen Momenten in Y-Richtung für die Entfernungsbestimmung ausreichend.
Weiter mit Bezug auf das Beispiel in 5 weist die Zielverrohrung 11 einen 4"-Radius und einen spezifischen Widerstand pro Längeneinheit von 5 × 10^–5Ω/m auf. Die Länge des erläuternden Zielobjekts beträgt 15000 Fuß. Es wird vorausgesetzt, dass sich die Senderspule 16 direkt unterhalb des Mittelpunktes der Zielverrohrung 11 in einem Abstand R befindet, wie in 5 gezeigt. Die Senderspule 16 weist 100 Wicklungen und einen Radius von 4" auf. Die Empfängerspulen 18 befinden sich in einem Abstand von 100' vom Sender 16 in Z-Richtung, und sie weisen den gleichen Radius und die gleiche Anzahl von Wicklungen wie der Sender 16 auf. Es wird vorausgesetzt, dass sich die Ausgleichspulen 20, soweit sie verwendet werden, in einem Abstand von 99' von dem Sender 16 (und 1' von den Empfängern 18) befinden, und dass ihre magnetischen Momente derart angepasst sind, dass die direkte Feldunterdrückung in Luft erreicht wird (dabei sei noch einmal zu beachten, dass wenn der Imaginärteil des direkten Feldes unterdrückt wird, dies nicht die perfekte Unterdrückung des wirklichen Feldes bedingt.). Der Einfachheit halber wurden die Auswirkungen der Werkzeugstruktur (außer den Antennen) und des Bohrlochs nicht berücksichtigt.
Bei Computersimulationen der erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wurde vorausgesetzt, dass die relative dielektrische Leitfähigkeit der Formation gleich 4 sei. Bei dem nachstehenden Beispiel betrug der spezifische Widerstand der Formation 1 Ω-m (es wird jedoch ein Vergleich mit dem Fall von 20 Ω-m bereitgestellt) und die Standardfrequenz betrug 10 Hz (obwohl auch der Fall mit einer Frequenz gleich 1 Hz gezeigt wird). Der Beispielfall wurde unter Verwendung eines elektromagnetischen Zahlencodes simuliert.
6 ist eine Grafik, die den gemessenen Abstand als Funktion des tatsächlichen Abstands des Werkzeugs vom Zielobjekt darstellt, der aus Simulationen von erläuternden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erzielt wird. Der Idealfall (d.h. ein gemessener Abstand gleich dem tatsächlichen Abstand) wird mit der Linie A gezeigt. Die Linie B bildet den Fall ab, bei dem die analytische Unterdrückung des direkten Signals für die Abstandsunterdrückung verwendet wird. Es sei zu beachten, dass selbst in diesem Fall, in dem Maße wie der Abstand von der Verrohrung zunimmt (im Vergleich mit der Sender-Empfänger-Beabstandung), die Ergebnisse nach und nach vom Idealwert abweichen. Dies ist auf die Verletzung der Voraussetzung eines konstanten Stroms zurückzuführen. Die Ergebnisse sind jedoch bis ungefähr 50' (die Hälfte des Abstands zwischen Sender und Empfänger) nahezu identisch mit dem Idealfall.
Die Linie C bildet den gleichen Fall ab, wenn eine Ausschaltung des direkten Signals durch Ausgleichen erreicht wird. Obwohl die Ergebnisse schlechter sind, verbessert sich die Genauigkeit drastisch, wenn sich das Werkzeug dem Zielobjekt nähert, wo die höchste Genauigkeit benötigt wird, wenn es darum geht, das Zielobjekt zu kreuzen oder zu vermeiden. Die Ergebnisse, wenn die Betriebsfrequenz auf 1 Hz verringert wird, werden mit der Linie D gezeigt. In diesem Fall ist die Unterdrückung des direkten Signals besser, es konnte jedoch keine wesentliche Verbesserung erreicht werden. Schließlich wird der Fall, wenn ein Ausgleich in einer 20 Ω-m-Formation verwendet wird, mit der Linie E gezeigt. In diesem Fall funktioniert der Ausgleich viel besser und die Ergebnisse sind viel näher am Idealwert.
Wie aus Gleichung 7 ersichtlich, muss die Richtung zum Ziel für die Entfernungsberechnung bekannt sein. Die Richtungsinformationen werden auch benötigt, um die Bohrrichtung bei Kreuzungsanwendungen zu bestimmen. Daher schlagen erläuternde Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch verschiedene Vorgehensweisen vor, mit denen die Richtung zu bestimmen ist. Bei einem Beispiel ist das Verwenden von externen Informationen von einem anderen Werkzeug (Elektrodenerreger-Telemetriewerkzeug, Oberflächenerregung usw.) eine derartige Möglichkeit. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Gradientenfeld 32 in 4 verwendet werden. Indem man den Winkel zwischen den orthogonalen Komponenten des Spulenpaars der Gradientenempfänger nimmt, kann man die Richtung des Zielobjekts bestimmen. Eine eventuelle Unbestimmtheit des Winkels wird ebenfalls ausgeschaltet, da das Vorzeichen des Gradienten angibt, welche der beiden Spulen, die verwendet werden, um den Gradienten in dieser Richtung zu bestimmen, dem Zielobjekt am nächsten ist. Leider ist das Gradientensignal klein, so dass dieser Ansatz zu großen Abweichungen bei der Winkelbestimmung führen kann, wenn das Signal schwach ist (d.h. weit vom Zielobjekt entfernt, wo eine genaue Richtungsbestimmung wichtig ist, um sich dem Zielobjekt zu nähern statt sich davon zu entfernen).
Bei noch einem anderen erläuternden Ansatz kann das ganze Feld verwendet werden. Dabei gibt der Winkel zwischen den X- und Y-Komponenten des Gradientenfeldes die Richtung des Zielobjekts an. Dieser Winkel kann jedoch zwischen 0° und 90° liegen, so dass er eine große Unbestimmtheit aufweist. Wenn jedoch die Überkopplungskomponenten in dem gesamten Feld ebenfalls berücksichtigt werden, kann sich dieser Bereich von 0° auf 180° erweitern. Eine beispielhafte Umsetzung wird folgendermaßen ausgebildet:
Es sei zu beachten, dass die Vorzeichen der Felder in dieser Gleichung von der bestimmten verwendeten Konvention abhängig sind. In Gleichung 8 bezieht sich H_ij auf das Feld, das von dem Empfänger mit einem magnetischen Moment in Richtung j gemessen wird, die dem Sender in Richtung i entspricht. Die 180°-Unbestimmtheit kann dann ausgeschaltet werden, indem entweder die Gradienteninformationen verwendet werden oder die zeitliche Änderung der berechneten Entfernung betrachtet wird. Im Allgemeinen sollten auch einige apriorische Informationen über die Position des Zielobjekts verfügbar sein, so dass diese Unbestimmtheit in den meisten praktischen Fällen kein großes Problem ist.
Ein zweidimensionales Beispiel ist nützlich, um die Anwendung der Richtungsinformationen bei der Entfernungsmessung zu veranschaulichen. Man nehme den Fall des Kreuzens einer Bohrlochpfeife mit einer Entlastungsbohrung. 7 bildet einen Verlauf ab, den die erläuternde Entlastungsbohrung befolgen kann. In dieser Figur wird vorausgesetzt, dass sich die Bohrlochpfeife in der Mitte A des Koordinatensystems befindet, das in Z-Richtung liegt, und die Entlastungsbohrung B einen schraubenförmigen Verlauf befolgt, um sie zu kreuzen. Es wird vorausgesetzt, dass die Entlastungsbohrung B während des Vorgangs zur Bohrlochpfeife A parallel bleibt. Die Simulationsparameter sind diejenigen, die in 5 gezeigt werden; der spezifische Widerstand der Formation wird jedoch mit 20 Ω-m ausgewählt. Auch ist dG (der Abstand zwischen den Gradientenspulen) √2 mal 8" für den Gradientenvorgang in den Richtungen (x + y) und (x – y), während er für Gradienten in X- und Y-Richtung gleich 8" bleibt.
8 stellt den berechneten Abstand von der Entlastungsbohrung B zur Bohrlochpfeife A gegenüber dem tatsächlichen Abstand für Gradientenmessungen in verschiedenen Richtungen dar. Es wird der gemessene Abstand bis zur Verrohrung für die Gradientenmessungen in den Richtungen x (A), y (B), x + y (C) und x – y (D) als Funktion des wirklichen Abstands zwischen der Entlastungsbohrung und der Bohrlochpfeife gezeigt. Die Richtung zum Zielobjekt wurde unter Verwendung des zuvor beschriebenen Gesamtfeldverfahrens berechnet. Diese Richtungsinformationen werden auch bei der Entfernungsberechnung wie in Gleichung 7 verwendet. Wie erwartet sind die Gradienten in verschiedenen Richtungen nicht in allen Richtungen genau; da sich der Azimutwinkel Φ im Verhältnis zum Zielobjekt mit dem Abstand ändert. Es ist jedoch möglich, den genauesten Abstand unter Verwendung der Azimutinformationen auszuwählen. Ein Beispiel, wie die genauestes Abstandskomponente auszuwählen ist, wird nachstehend angegeben: Gradienten in X-Richtung verwenden; Wenn mod(Φ, 180) ≤ 22,5°|mod(Φ, 180) > 157,5° Gradienten in (X + Y)-Richtung verwenden; Wenn mod(Φ, 180) > 22,5° & mod(Φ, 180) ≤ 67,5° Gradienten in Y-Richtung verwenden; Wenn mod(Φ, 180) > 67,5° & mod(Φ, 180) ≤ 112,5° Gradienten in (X – Y)-Richtung verwenden; Wenn mod(Φ, 180) > 112,5° & mod(Φ, 180) ≤ 157,5° Gl. (9),
Unter Verwendung dieses Auswahlkriteriums für die in 8 gezeigten Ergebnisse kann ein einziges Ergebnis von Abstand zum Ziel erzielt werden, wie in 9 gezeigt. Dieses Ergebnis wird in der „zusammengesetzten” Ergebnislinie gezeigt. Zum Vergleich wird der Idealfall als durchgezogene Linie gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die zusammengesetzten Ergebnisse eine gute Näherung des wirklichen Abstands sind, und diese Näherung genauer wird, wenn sie sich dem Zielobjekt nähert.
Es sei zu beachten, dass es die Gleichung 9 ermöglicht, den Azimutwinkel Φ mit einer Unbestimmtheit von 180° zu kennen. Somit kann der Winkel, der unter Verwendung von Gleichung 8 gefunden wird, direkt verwendet werden, um 9 zu ergeben. Wenn jedoch apriorische Informationen verfügbar sind oder Gradienteninformationen verwendet werden, um die 180°-Unbestimmtheit auszuschalten, kann 7 mit dem berechneten Verlauf (gestrichelte Linie), wie in 10 gezeigt, wiedergegeben werden, die den tatsächlichen Verlauf der Entlastungsbohrung gegenüber dem berechneten Verlauf für das Beispiel einer Bohrungskreuzung abbildet. Dabei bildet sie deutlich ab, wie die berechnete Position immer genauer wird, je näher die Zielbohrung ist.
Nachdem nun diverse Ausführungsformen beschrieben wurden, wird jetzt die Vorgehensweise beschrieben, mit der die Bohrungsabstände bestimmt werden. Wie zuvor beschrieben, bestehen erläuternde relative Ortungssysteme im Allgemeinen aus Ausbildungen mit magnetischen Dipolen (Sendern und Empfängern), die positioniert sind, um Gradientenmagnetfelder zu induzieren und zu messen, die sich von einer Zielbohrung aus ausbreiten. 11 ist ein Ablaufschema eines Telemetrieverfahrens 1100, das von einem relativen Ortungssystem verwendet wird, das gradiometrische Daten verwendet, um den Abstand zwischen einem ersten (d.h. angestrebten) und einem zweiten Bohrloch zu bestimmen, gemäß gewissen erläuternden Vorgehensweisen der vorliegenden Erfindung. Die spezifische Anwendung kann wiederum beispielsweise eine SAGD- oder Kreuzungsanwendung sein.
Auf jeden Fall wird in Block 1102 ein erstes Bohrloch unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Vorgehensweise gebohrt. Das erste Bohrloch weist eine höhere Leitfähigkeit als die umgebende Formation auf, was beispielsweise unter Verwendung der Verrohrung des ersten Bohrlochs oder durch die Installation eines gewissen anderen länglichen leitfähigen Körpers, der entlang dem ersten Bohrloch positioniert wird, erreicht werden kann. In Block 1104 werden mindestens zwei Sender mit magnetischen Dipolen und mindestens vier Empfänger mit magnetischen Dipolen in einem zweiten Bohrloch aufgestellt. Die Empfänger sind entlang der Achse der Sohlenbaugruppe radial getrennt. Die Sender und Empfänger können in dem zweiten Bohrloch unterschiedlich aufgestellt werden, beispielsweise entlang einer Bohrbaugruppe, die bei einem SAGD-Vorgang oder einem Unterwasservorgang verwendet wird. Es sei zu beachten, dass bei alternativen Vorgehensweisen die ersten und zweiten Bohrlöcher gleichzeitig gebohrt werden können.
In Block 1106 werden die Sender erregt, um dadurch einen Strom entlang dem ersten Bohrloch zu induzieren, der dazu führt, dass ein Magnetfeld von dem ersten Bohrloch ausgestrahlt wird. In Block 1108 wird das Magnetfeld dann unter Verwendung der Empfänger empfangen. In Block 1110 unter Verwendung der Verarbeitungsschaltungen, die betriebsfähig mit den Empfängern gekoppelt sind, verwendet das relative Ortungssystem die gradiometrischen Daten des empfangenen Magnetfeldes, um den Abstand zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern zu bestimmen. Genauer gesagt messen die Empfänger dabei das Gradientenfeld des empfangenen Magnetfeldes in einer radialen Richtung entlang der Sohlenbaugruppe. Nach dem Analysieren des Gradientenfeldes bestimmt das relative Ortungssystem, welche Aktionen gegebenenfalls notwendig sind, um den gewünschten Bohrverlauf einzuhalten oder zu korrigieren. Solche Aktionen können beispielsweise eine Änderung der Richtung, der Geschwindigkeit, der Belastung des Bohrmeißels usw. sein. Anschließend kehrt der Algorithmus zu Block 1106 zurück, wo er die Sender weiter erregt, um den Bohrverlauf je nach Bedarf weiter zu überwachen und/oder anzupassen.
Entsprechend verwenden die hier beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Sender/Empfänger mit magnetischen Dipolen, um Gradientenmessungen zu analysieren, um dadurch den Abstand zwischen einer ersten und einer zweiten Bohrung zu berechnen, ohne die Eigenschaften der Formation und des Zielobjekts kennen zu müssen. Dadurch bietet das offenbarte Telemetriesystem eine genaue Messung der Entfernung bis zu einem Zielobjekt anhand von weit verbreiteten und einfach zu erstellenden Spulenantennen. Ferner wurden auch Verfahren offenbart, um das direkte Signal zwischen Sender- und Empfängerspulen auszuschalten, um eine praktische Umsetzung dieses Hilfsmittels zu ermöglichen.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen und Verfahren betreffen ferner einen oder mehrere der folgenden Paragrafen:

1. Ein Verfahren zur Bohrlochtelemetrie, wobei das das Bohren eines ersten Bohrlochs, wobei das erste Bohrloch einen länglichen leitfähigen Körper umfasst, das Aufstellen von mindestens zwei Sendern mit magnetischen Dipolen und mindestens vier Empfängern mit magnetischen Dipolen in einem zweiten Bohrloch, das Induzieren eines Stroms entlang dem ersten Bohrloch unter Verwendung der Sender, was dazu führt, dass ein Magnetfeld von dem ersten Bohrloch emittiert wird, das Empfangen des Magnetfeldes unter Verwendung der Empfänger, wobei ein Gradientenfeld in einer radialen Richtung entlang dem zweiten Bohrloch gemessen wird, und das Verwenden des Gradientenfeldes, um dadurch einen Abstand zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern zu bestimmen, umfasst.
2. Ein Verfahren nach Paragraf 1, ferner umfassend das Bestimmen einer Richtung des ersten Bohrlochs mit Bezug auf das zweite Bohrloch, wobei das Bestimmen der Richtung Folgendes umfasst: Bestimmen eines Gesamtfeldes des empfangenen Magnetfeldes; Bestimmen eines Winkels zwischen X- und Y-Komponenten des Gesamtfeldes; und Verwenden des Winkels, um die Richtung zu bestimmen.
3. Ein Verfahren nach Paragraf 1 oder 2, ferner umfassend das Verwenden des Gradientenfeldes, um eine Richtung des ersten Bohrlochs mit Bezug auf das zweite Bohrloch zu bestimmen.
4. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 3, wobei das Bestimmen der Richtung ferner das Bestimmen eines Winkels zwischen orthogonalen Komponenten des Gradientenfeldes; und das Verwenden des Winkels, um die Richtung zu bestimmen, umfasst.
5. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 4, wobei das Bestimmen des Abstands zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern ferner das Ausschalten eines direkten Signals, das von den Sendern emittiert wird, umfasst.
6. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 5, wobei das Ausschalten des direkten Signals das Berechnen eines Magnetfeldes der Sender an den Empfängern; und das Subtrahieren des berechneten Magnetfeldes von dem empfangenen Magnetfeld umfasst.
7. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 6, wobei das Ausschalten des direkten Signals das Verwenden von mindestens vier Ausgleichempfängern, um einen Imaginärteil des direkten Signals zu unterdrücken, umfasst.
8. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 7, wobei die mindestens vier Empfänger zwei Paare von Empfängern mit magnetischen Dipolen sind, und das Bestimmen des Abstands und der Richtung ferner das radiale Positionieren von zwei Empfängern der Paare in entgegengesetzten Richtungen mit Bezug auf eine Messungsmitte in dem zweiten Bohrloch und das Bestimmen des Gradientenfeldes in einer gewünschten Richtung durch Berechnen eines Unterschieds zwischen den Magnetfeldern an jedem Empfänger der Paare umfasst.
9. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 8, wobei das erste Bohrloch eine Förderbohrung ist; und das zweite Bohrloch eine Injektionsbohrung ist, wobei das Verfahren bei einem SAGD-Vorgang verwendet wird.
10. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 9, wobei das erste Bohrloch eine Bohrlochpfeife ist; und das zweite Bohrloch eine Entlastungsbohrung ist.
11. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 10, wobei die Sender und Empfänger entlang einer Bohrbaugruppe, einer Aufzeichnungsbaugruppe oder einer Drahtleitungsbaugruppe aufgestellt werden, wobei die Empfänger um einen Körper der Bohr-, Aufzeichnungs- oder Drahtleitungsbaugruppe herum radial positioniert sind.
12. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 11, ferner umfassend das Lenken einer Bohrbaugruppe, die entlang dem zweiten Bohrloch aufgestellt ist, unter Verwendung des bestimmten Abstands zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern.
13. Ein Verfahren nach einem der Paragrafen 1 bis 12, ferner umfassend das Vermeiden des ersten Bohrlochs unter Verwendung der Abstandsbestimmung.
14. Eine Bohrlochtelemetriebaugruppe, umfassend eine Sohlenbaugruppe, die Folgendes umfasst: mindestens zwei Sender mit magnetischen Dipolen; und mindestens vier Empfänger mit magnetischen Dipolen, die um eine Achse der Sohlenbaugruppe herum radial positioniert sind; und Verarbeitungsschaltungen, um ein Verfahren umzusetzen, das folgende Schritte umfasst: Induzieren eines Stroms entlang einem ersten Bohrloch unter Verwendung der Sender, was dazu führt, dass ein Magnetfeld von dem ersten Bohrloch emittiert wird; Empfangen des Magnetfeldes unter Verwendung der Empfänger, wobei ein Gradientenfeld in einer radialen Richtung entlang der Sohlenbaugruppe gemessen wird; und Verwenden des Gradientenfeldes, um dadurch einen Abstand zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern zu bestimmen.
15. Eine Bohrlochtelemetriebaugruppe nach Paragraf 14, ferner umfassend vier Ausgleichempfänger, die entlang der Sohlenbaugruppe zwischen den Sendern und Empfängern positioniert sind.
16. Eine Bohrlochtelemetriebaugruppe nach Paragraf 14 oder 15, wobei die Ausgleichempfänger eine entgegengesetzte Polarisation mit Bezug auf die Empfänger umfassen.
17. Eine Bohrlochtelemetriebaugruppe nach einem der Paragrafen 14 bis 16, wobei die Sohlenbaugruppe eine Bohr-, Drahtleitungs- oder Aufzeichnungsbaugruppe ist.
18. Eine Bohrlochtelemetriebaugruppe nach einem der Paragrafen 14 bis 17, wobei die Sender in einer nicht parallelen Beziehung zu einander entlang der Sohlenbaugruppe positioniert sind; die Empfänger in einer Richtung, die zur Achse der Sohlenbaugruppe rechtwinklig ist, radial getrennt sind; und ein magnetisches Moment der Empfänger in einer Richtung orientiert ist, die sowohl zur Achse der Sohlenbaugruppe als auch zur Richtung der radialen Trennung rechtwinklig ist.
19. Eine Bohrlochtelemetriebaugruppe nach einem der Paragrafen 14 bis 18, ferner umfassend acht Empfänger, die um den Körper der Sohlenbaugruppe herum in 45-Grad-Intervallen radial positioniert sind.
20. Eine Bohrlochtelemetriebaugruppe nach einem der Paragrafen 14 bis 19, wobei die Sender und Empfänger mindestens eines von einer Spule, einem Elektromagneten oder einem Magnetometer umfassen.

Des Weiteren können die hier beschriebenen Vorgehensweisen in einem System, das Verarbeitungsschaltungen umfasst, um eines der Verfahren umzusetzen, oder in einem Computerprogrammprodukt, das Anweisungen umfasst, die, wenn sie von mindestens einem Prozessor ausgeführt werden, bewirken, dass der Prozessor eines der hier beschriebenen Verfahren ausführt, ausgebildet sein.
Obwohl diverse Ausführungsformen und Vorgehensweisen gezeigt und beschrieben wurden, ist die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen und Vorgehensweisen eingeschränkt, und es versteht sich, dass sie alle Änderungen und Varianten umfasst, die für den Fachmann ersichtlich sind. Daher versteht es sich, dass die Offenbarung nicht dazu gedacht ist, auf die bestimmten offenbarten Formen eingeschränkt zu sein. Vielmehr soll die Erfindung alle Änderungen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in Geist und Umfang der Offenbarung fallen, wie sie von den beiliegenden Ansprüchen definiert werden.

Claims

Verfahren zur Bohrlochtelemetrie, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bohren eines ersten Bohrlochs, wobei das erste Bohrloch einen länglichen leitfähigen Körper umfasst; Aufstellen von mindestens zwei Sendern mit magnetischen Dipolen und mindestens vier Empfängern mit magnetischen Dipolen in einem zweiten Bohrloch; Induzieren eines Stroms entlang dem ersten Bohrloch unter Verwendung der Sender, was dazu führt, dass ein Magnetfeld von dem ersten Bohrloch emittiert wird; Empfangen des Magnetfeldes unter Verwendung der Empfänger, wobei ein Gradientenfeld in einer radialen Richtung entlang dem zweiten Bohrloch gemessen wird; und Verwenden des Gradientenfeldes, um dadurch einen Abstand zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen einer Richtung des ersten Bohrlochs mit Bezug auf das zweite Bohrloch, wobei das Bestimmen der Richtung Folgendes umfasst: Bestimmen eines Gesamtfeldes des empfangenen Magnetfeldes; Bestimmen eines Winkels zwischen den X- und Y-Komponenten des Gesamtfeldes; und Verwenden des Winkels, um die Richtung zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Verwenden des Gradientenfeldes, um eine Richtung des ersten Bohrlochs mit Bezug auf das zweite Bohrloch zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen der Richtung ferner folgende Schritte umfasst: Bestimmen eines Winkels zwischen orthogonalen Komponenten des Gradientenfeldes; und Verwenden des Winkels, um die Richtung zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Abstands zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern ferner das Ausschalten eines direkten Signals, das von den Sendern emittiert wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ausschalten des direkten Signals Folgendes umfasst: Berechnen eines Magnetfeldes der Sender an den Empfängern; und Subtrahieren des berechneten Magnetfeldes von dem empfangenen Magnetfeld.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ausschalten des direkten Signals das Verwenden von mindestens vier Ausgleichempfängern, um einen Imaginärteil des direkten Signals zu unterdrücken, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mindestens vier Empfänger zwei Paare von Empfängern mit magnetischen Dipolen sind, und das Bestimmen des Abstands und der Richtung ferner Folgendes umfasst: radiales Positionieren von zwei Empfängern der Paare in entgegengesetzten Richtungen mit Bezug auf eine Messungsmitte in dem zweiten Bohrloch; und Bestimmen des Gradientenfeldes in einer gewünschten Richtung durch Berechnen eines Unterschieds zwischen den Magnetfeldern an jedem Empfänger der Paare.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Bohrloch eine Förderbohrung ist; und das zweite Bohrloch eine Injektionsbohrung ist, wobei das Verfahren bei einem SAGD-Vorgang verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Bohrloch eine Bohrlochpfeife ist; und das zweite Bohrloch eine Entlastungsbohrung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sender und Empfänger entlang einer Bohrbaugruppe, einer Aufzeichnungsbaugruppe oder einer Drahtleitungsbaugruppe aufgestellt werden, wobei die Empfänger um einen Körper der Bohr-, Aufzeichnungs- oder Drahtleitungsbaugruppe herum radial positioniert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Lenken einer Bohrbaugruppe, die entlang dem zweiten Bohrloch aufgestellt wird, unter Verwendung des bestimmten Abstands zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Vermeiden des ersten Bohrlochs unter Verwendung der Abstandsbestimmung.
Bohrlochtelemetriesystem, umfassend Verarbeitungsschaltungen, um eines der Verfahren nach Anspruch 1 bis 13 umzusetzen.
Bohrlochtelemetriebaugruppe, umfassend: eine Sohlenbaugruppe, umfassend: mindestens zwei Sender mit magnetischen Dipolen; und mindestens vier Empfänger mit magnetischen Dipolen, die um eine Achse der Sohlenbaugruppe herum radial positioniert sind; und Verarbeitungsschaltungen, um ein Verfahren umzusetzen, das folgende Schritte umfasst: Induzieren eines Stroms entlang einem ersten Bohrloch unter Verwendung der Sender, was dazu führt, dass ein Magnetfeld von dem ersten Bohrloch emittiert wird; Empfangen des Magnetfeldes unter Verwendung der Empfänger, wobei ein Gradientenfeld in einer radialen Richtung entlang der Sohlenbaugruppe gemessen wird; und Verwenden des Gradientenfeldes, um dadurch einen Abstand zwischen den ersten und zweiten Bohrlöchern zu bestimmen.
Bohrlochtelemetriebaugruppe nach Anspruch 15, ferner umfassend vier Ausgleichempfänger, die entlang der Sohlenbaugruppe zwischen den Sendern und Empfängern positioniert sind.
Bohrlochtelemetriebaugruppe nach Anspruch 16, wobei die Ausgleichempfänger eine entgegengesetzte Polarisation mit Bezug auf die Empfänger umfassen.
Bohrlochtelemetriebaugruppe nach Anspruch 15, wobei die Sohlenbaugruppe eine Bohr-, Drahtleitungs- oder Aufzeichnungsbaugruppe ist.
Bohrlochtelemetriebaugruppe nach Anspruch 15, wobei: die Sender in einer nicht parallelen Beziehung zueinander entlang der Sohlenbaugruppe positioniert sind; die Empfänger in einer Richtung, die zur Achse der Sohlenbaugruppe rechtwinklig ist, radial getrennt sind; und ein magnetisches Moment der Empfänger in einer Richtung orientiert ist, die sowohl zur Achse der Sohlenbaugruppe als auch zur Richtung der radialen Trennung rechtwinklig ist.
Bohrlochtelemetriebaugruppe nach Anspruch 15, ferner umfassend acht Empfänger, die um den Körper der Sohlenbaugruppe herum in 45-Grad-Intervallen radial positioniert sind.
Bohrlochtelemetriebaugruppe nach Anspruch 15, wobei die Sender und Empfänger mindestens eines von einer Spule, einem Elektromagneten oder einem Magnetometer umfassen.